Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ vĩnh cửu sử dụng bộ băm áp cầu H Chương 1. TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỘC LẬP 5 1.1. Động cơ điện một chiều. 5 1.1.1. Khái niệm. 5 1.1.2. Cấu tạo. 5 1.1.3. Nguyên lý làm việc. 6 1.1.4. Phân loại. 6 1.1.5. Điều chỉnh tốc độ. 7 1.2. Động cơ điện kích từ độc lập. 7 Chương 2. THỰC HIỆN CÁC NỘI DUNG YÊU CẦU 8 2.1 Tham số động cơ và cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ. 8 2.1.1. Các bước tính toán. 8 2.2 Xác định hàm truyền đạt Gs=Y(s)U(s) và phương trình trạng thái liên tục ( A, B, C, D) mô tả đối tượng điều khiển. 9 2.2.1. Hàm truyền đạt của hệ. 10 2.2.2 Phương trình trạng thái liên tục mô tả đối tượng điều khiển. 10 2.3. Rời rạc hóa đối tượng dưới dạng hàm truyền và phương trình trạng thái. 10 2.3.1. Rời rạc phương trình trạng thái. 11 2.4. Lượng tử hóa mô hình dưới dạng hàm truyền đạt phương trình trạng thái. 11 2.5. Khảo sát tính ổn định của đối tượng thông qua hàm truyền đạt rời rạc 12 2.6. Khảo sát chất lượng động, chất lượng tĩnh của đối tượng khi chưa có điều khiển (hệ thống vòng hở) 14 2.6.1. Chất lượng tĩnh. 14 2.6.2. Chất lượng động. 14 2.7. Thiết kế bộ điều khiển PID theo phương pháp áp đặt điểm cực 16 2.8. Khảo sát chất lượng tĩnh của hệ thống kín. 19 Chương 3. KẾT LUẬN 21
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống điều khiển tốc độ động chiều kích từ vĩnh cửu sử dụng băm áp cầu H GVHD: Bùi Văn Huy Danh sách sinh viên thực hiện: Lê Văn Hùng 1141040321 Đinh Công Tuấn 1141040332 Thạch Minh Đức 1141040316 Nguyễn Văn Mạnh 1141040355 Hà Nội – 2018 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, xã hội ngày phát triển theo đường cơng nghiệp hóa, đại hóa Thời đại cơng nghệ số chiếm lĩnh lĩnh vực sống Vì phủ nhận tầm quan trọng ngành tự động hóa Trong có mơn điều khiển số Với phát triển công nghệ nay, ta bắt gặp nơi thiết bị thông minh, cỗ máy lớn hoạt động xác mà khơng cần người thao tác tay Chính ví dụ phần cho ta hiểu tầm quan trọng công nghệ Với hệ thống điều khiển số, ta dễ dàng thay đổi dải thuật điều khiển, dễ dàng triển khai dải thuật điều khiển phức tạp Dễ dàng kết nối, kiểm soát hệ thống, có khả tích hợp hệ thống cao tự động hóa Mà nay, với tiêu chí cạnh tranh giá thành với giá thành rẻ nên việc phát triển điều khiển số trở nên dễ dàng hết Qua trình làm tập lớn môn Điều khiển số, hướng dẫn nhiệt tình thầy Bùi Văn Huy , chúng em phần hiểu kiến thức từ đến nâng cao mơn Vì kiến thức non trẻ hạn hẹp, sau hồn thành,nếu có sai sót xin thầy góp ý chỉnh sửa để chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Chương TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỘC LẬP 1.1 Động điện chiều 1.1.1 Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết bị từ quay làm việc theo nguyên lí điện từ đặt vào từ trường dây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường quay tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn ) làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành 1.1.2 Cấu tạo Động điện chiều cấu tạo gồm phần chính: • Phần tĩnh (stato) • Phần động (roto) a) Phần tĩnh Phần tĩnh bao gồm lõi thép làm thép đúc, vừa mạch từ vừa vỏ máy cực từ có dây quấn kích từ , dòng điện chạy dây quấn kích từ cho cực từ tính liên tiếp luân phiên Cực từ gắn với vỏ máy nhờ bu long Ngồi có nắp máy cực từ phụ cấu chổi than b) Phần động Phần động ( roto) bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng cỏ góp trục máy • Lõi thép: hình trụ làm thép kỹ thuật điện dày 0.5mm phủ sơn cách điện ghép lại với Các thép dập lỗ thơng gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng • Dây quấn phần ứng: gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp đặt rãnh phần ứng tạo thành hay nhiều vòng kín Phần tư dây quấn bó dây gồm hay nhiều vòng dây hai đầu nối với hai phiến góp vành góp hai cạnh tác dụng phần tử đặt hai rãnh hai cực từ khác tên • Cổ góp: gồm nhiều phiến đồng hình nhạn ghép thành khối hình trụ cách điện với trục máy • Các phận khác trục máy, quạt làm mát… 1.1.3 Nguyên lý làm việc Khi cho điện áp chiều tác U vào chổi điện A B dây quấn phần ứng có dòng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng tương hỗ lên tjap ram omen quay tác dụng lên roto làm toto quay chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi rorto quay nửa vòng vị trí dẫn ab cd đổi chỗ cho nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện biến đổi chiều đưa vào phần ứng giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi lực tác dụng lên roto theo chiều không đổiđảm bảo chiều quay động không đổi 1.1.4 Phân loại Dựa vào hình thức kích từ người ta chia động điện chiều thành loại • động điện chiều kích từ độc lập • động điện chiều kích từ song song • động điện chiều kích từ nối tiếp • động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.1.5 Điều chỉnh tốc độ Động điện chiều có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng ,các chỉnh tốc độ đơn giản dễ chế tạo • điều chỉnh cách thay đổi điện áp đầu vào phần ứng động ( dựa vào van bán dẫn để chỉnh lưu có điều khiển khơng điều khiển) • điều chỉnh thay đổi từ thơng mạch kích từ động • điều chỉnh thay đổi điện trở phụ 1.2 Động điện kích từ độc lập động điện chiều kích từ độc lập cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngồi độc lập vói nguồn cấp điện cho roto ,và nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch điển phần kích từ mắc vào nguồn điện chiều độc lập Kết luận:Động điện chiều loại động ưa chuộng mơ hình lớn ngày ứng dụng nhiều hiệu suất làm việc cao tính ưu việt điều chỉnh cấp tốc độ Chương THỰC HIỆN CÁC NỘI DUNG YÊU CẦU Đối tượng điều khiển bao gồm khâu băm áp DC-DC cầu H nối tiếp với động DC Trong đó: + i(t): dòng điện phần ứng (A) + ω(t): tốc độ động + (t): điện áp đặt lên động + =10000: hệ số quán tính cầu H + hệ số momen =0,127 Nm/A + momen quán tính J=0,000174 Kg + hệ số ma sát =0,000438 Nms/rad + hệ số sức phản điện động =0,1270 Vs/rad 2.1 Tham số động cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ Tham số động R( 1,20 2.1.1 L(H) 0,0093 0,1270 0,1270 0,000438 Các bước tính tốn B1: Xác định B2: Kiểm tra tính tốn quan sát det(Q) khác B3: Xác định đa thức đặc tính hệ quan sát B4: POT, Ts B5: Xác định đặc tính mong muốn J(kg 0,00017 Bộ cầu H T(sec) 0,0045 10000 r We 2.2 Xác định hàm truyền đạt phương trình trạng thái liên tục ( A, B, C, D) mô tả đối tượng điều khiển 2.2.1 Hàm truyền đạt hệ Từ sơ đồ khối liên tục, ta xác định ảnh laplace biến trạng thái 2.2.2 Phương trình trạng thái liên tục mơ tả đối tượng điều khiển Phương trình trạng thái mơ tả hệ thống liên tục là: Rời rạc hóa đối tượng dạng hàm truyền phương trình trạng thái Ad = I + A*T Bd = ( I*T + A*T*T/2)*B 2.1.2 Rời rạc phương trình trạng thái Phương trình trạng thái rời rạc Chuyển khâu liên tục có hàm chuyển Gs sang khâu gián đoạn, chu kỳ lấy mẫu 0.0045 thay vào ta có: Gz= Gz = c2d( Gs,0.0046,’ Zoh’ ) 2.2 Lượng tử hóa mơ hình dạng hàm truyền đạt & phương trình trạng thái n = 12 - Hệ số khuếch đại khâu băm áp là: - Hệ số khuếch đại khâu dòng điện: - Hệ số khuếch đại khâu tốc độ: - Hệ số khuếch đại thêm: Phương trình đầu với liệu có thứ ngun 2.3 Khảo sát tính ổn định đối tượng thông qua hàm truyền đạt rời rạc Xét mẫu Thay vào M(z) ta M(w) Nhân với + ĐK1: thỏa mẵn + ĐK2: > >0 >0 Ổn định 2.4 Khảo sát chất lượng động, chất lượng tĩnh đối tượng chưa có điều khiển (hệ thống vòng hở) 2.4.1 Chất lượng tĩnh Khảo sát hàm truyền đạt chưa có điều khiển ( hệ thống vòng hở ) => Khồng có C(z) => Hàm truyền để xét G(z) a) Sai số vị trí b) Sai số tốc độ T = 0.005 c) Sai số gia tốc 2.4.2 Chất lượng động Chất lượng động hệ diễn tả khả bám theo tín hiệu đầu vào bước đơn vị 1(k) tín hiệu đầu y(k) thể qua tham số như: thời gian tăng trưởng, thời gian xác lập, thời gian đáp ứng cực đại, lượng hóa điều chỉnh, số lần dao động quanh vị trí xác lập • Thời gian tăng trưởng khoảng thời gian đáp ứng hệ tăng từ 10% đến 90% giá trị xác lập • Thời gian đáp ứng cực đại thời gian mà đáp ứng hệ đạt giá trị • cực đại Thời gian xác lập khoảng thời gian từ lúc khởi động đến lúc hệ vào trạng thái làm việc ổn định ( sai số tĩnh hệ nhỏ sai số tĩnh • cho phép , thường lấy 5% 2%) Hệ thống có chất lượng động cao giá trị ,, POT có giá trị nhỏ Tùy đối tượng, hệ thống, cơng nghệ mà có u cầu chất lượng • động khác nha Trong thực tế POT không vượt 10% Một số phương pháp xác định chất lượng động hệ thống: o Phương pháp 1: biết hàm truyền G(z) sử dụng phép biến đổi Z ngược để tìm chuỗi rời rạc đầu y(k) đầu vào r(k), sau xác định giá trị y(k) với k=0,1,2,3… sơ kiện ban đầu Từ tập lệnh y(k) xác định chất lượng động hệ thống o Phương pháp 2: biết PTTT mơ tả hệ rời rạc xác định xi(k+1) từ xi(k) r(k) theo phương thức tính đệ qui Từ xác định tập y(k) tham số chất lượng động o Phương pháp 3: biết mo hình tốn học, sử dụng Matlab để vẽ đáp ứng độ xác định chất lượng động hệ thống o Phương pháp 4: xác định chất lượng động dựa vào vị trí cực nghiệm trộn phương trình đặc tính vòng kín Phương pháp có độ xác tương đối Cặp nghiệm trội là: Bán kính nghiệm mặt phẳng 2: Góc nghiệm mặt phẳng Hệ số tắt dần hệ thống: Tần số dao động tự nhiên hệ thống: Lượng qua điểu chỉnh POT: Thời gian độ lấy sai số 5% lấy sai sô 2% (3) (5) 2.5 Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp áp đặt điểm cực Thiết lập PID theo nguyên tắc giảm bậc hệ thống: T = 0.0045 ; Tạo hàm truyền đạt rời rạc ; Xác định mức độ ảnh hưởng cực h= 4.5271 1.7641 0.002 ; Giảm bạc đối tương gz=tf (rsys) Đa thức đặc tính hệ: Rút gọn hệ thống có đa thức đặc tính hệ kín: - Từ chất lượng mong muốn xác định giá trị nghiệm trội Chọn nghiệm trộ Để nghiệm trội (điều kiện để thời gian độ hệ thỏa mãn thiết kể) - Đồng đa thức có hệ phương trình => Ta thấy Thay vào PID Phương trình sai phân có giải thuận điều khiển: 2.6 Khảo sát chất lượng tĩnh hệ thống kín C(z) = 20 a) Sai số vị trí b) Sai số tốc độ c) Sai số gia tốc Đặt Chương KẾT LUẬN Trong q trình làm tập lớn,chúng em nhiều sai sót, kính mong thầy giáo xem qua dạy giúp chúng em, để chúng em hoàn thành Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ... thức kích từ người ta chia động điện chiều thành loại • động điện chiều kích từ độc lập • động điện chiều kích từ song song • động điện chiều kích từ nối tiếp • động điện chiều kích từ h n h p... chỉnh lưu có điều khiển khơng điều khiển) • điều chỉnh thay đổi từ thơng mạch kích từ động • điều chỉnh thay đổi điện trở phụ 1.2 Động điện kích từ độc lập động điện chiều kích từ độc lập cuộn kích. .. tử h a mơ h nh dạng h m truyền đạt & phương trình trạng thái n = 12 - H số khuếch đại khâu băm áp là: - H số khuếch đại khâu dòng điện: - H số khuếch đại khâu tốc độ: - H số khuếch đại thêm: